锚索施工

成都地铁2号线东门大桥站基坑锚固技术

杨光毅钟磊

【摘要】本文结合成都地铁2号线东门大桥车站支护体系施工实例,分析“土钉喷锚+混凝土灌注桩+预应力锚索+钢管内支撑”支护形式在地铁车站明挖基坑支护应用中的特点及原理,阐明了土钉喷锚支护及预应力锚索结构的构造要点、施工技术要点和施工工艺，对于类似深基坑施工具有一定的指导意义。

【关键词】地铁车站深基坑土钉喷锚预应力锚索

Chengdu Metro Line 2 East Gate Bridge Station

Foundation Anchor technology

Yang Guangyi,Zhong Lei

Abstract:In this paper under the engineering background of Chengdu Metro Line 2 East Gate Bridge station, supporting system including soil nail anchor spray,concrete pile, prestressed cable and pipe within the support is analyzed which is used in subway station foundation pit. Structural elements,construction techniques and construction technology of nail anchor spray and prestressed cable are clarified.It provide reference for a similar deep foundation construction.

Key words:subway station; deep foundation;soil nail anchor spray;prestressed cable

1 工程概况及周围环境

成都地铁2号线东门大桥站位于府河以东的芷泉街下方，且主体基本位于东大街芷泉街段的南半幅路面下，车站西段临东门大桥。芷泉街双向八车道，交通繁忙。车站北侧有已建的启明公寓、四川省民政厅办公大楼，南侧为正在修建的天府时代广场，车站两端为盾构区间。

车站总长134m，纵向坡度2‰，为地下三层岛式车站，采用明挖法施工。车站标准段宽25m，基坑开挖深度20.345m，东西两端盾构井开挖深度约22.3m。

芷泉街地下管线密集，经过前期管线迁改后，车站北侧仍然有大量管线，依次为DN160煤气、DN1000自来水、DN1200污水管、DN1200雨水管，700*500通信排管、DN300自来水和1000*1000的电力管沟。

杨光毅：（1977—）工程师，毕业于西南交通大学，2003年加入中铁隆公司，现任项目总工程师。

钟磊：（1981—）助理工程师，毕业于中国地质大学，2006年加入中铁隆公司，现任项目工程部长。

2 车站围护结构设计概况

东门大桥站底板埋置较深，车站南侧的天府时代广场基坑为挖开的深基坑，深约13m左右，导致地面下13m范围内没有任何支挡结构供地铁东门大桥车站基坑开挖时支护使用；地面下5m范围内管线密集，预应力锚索距离管线距离非常近，锚索施工期间难以保证管线的安全，故本站围护结构形式多样：车站西端上部采用“放坡喷锚支护”，下部采用“围护桩+钢管内支撑”；车站西端北侧及标准段采用“放坡喷锚支护+围护桩+预应力锚索+钢管内支撑”；东端盾构井的北侧采用“围护桩+预应力锚索+钢管内支撑”；车站东侧被用为基坑开挖期间出土的通道，所以上部采用全放坡，下部采用“围护桩+钢管内支撑”。

3 本站地质、水文地质情况简介

3.1 站区地层情况

车站地处川西平原岷江I级阶地，为侵蚀～堆积地貌。站区地形平坦，地面高程498.79～498.82,相对高差0.03m。本站范围内岩土层特征从上至下分述如下：

1）第四系全新统人工填土（Q4ml）

杂填土：褐灰、灰褐等杂色，松散～稍密，湿。由碎石、砂土、砖瓦碎块等建筑垃圾组成，其间充填粘粒，表层0.2为沥青混凝土路面。层厚2.0～6.8m。

素填土：褐灰、灰褐等杂色，可塑，湿。由粘性土混少量砖瓦碎块、木炭屑等组成，该层仅分布于杂填土下面，局部缺失。层厚0.5～3.8m。

2）第四系全新统冲积层（Q4al）

粉质粘土：灰黄色，可塑，含铁，锰质斑痕。层厚1.1m。

砂土：灰色，湿，松散，夹少量卵砾石，由长石、石英、云母细片及岩屑组成，砂质较均匀。厚度1.0～1.8m。

卵石土：黄灰色，灰色，湿～饱和。卵石成分主要为中等风化的岩浆岩、变质岩、砂岩等硬质岩组成。磨圆度较好，以亚圆形为主，少量圆形，分选性差，卵石含量55～85%，粒径以30～80㎜为主，钻探揭示最大粒径120㎜，夹零星漂石，充填物为中砂及圆砾。本层顶板埋深5.4～6.5m。层厚约为10.7m。

3）白垩系上统灌口组(K2g)

基岩顶板埋深约为17.3m，本次勘察末揭穿。

全风化泥岩（W4）：红褐、紫红色激动回旋钻进极易。岩体结构已全部破坏，全风化呈粘土状，岩质很软，岩芯遇水大部分泥化。

强风化泥岩（W3）：红褐、紫红色，岩质软，泥质结构，块状构造，节理裂隙发育。岩芯多呈碎块状，手

可折断。岩体基本完整。层位顶板埋深约为24.7m，层厚约为7.4m。

中等风化泥岩（W2）:红褐、紫色，泥质结构，块状构造，岩质较硬，锤击声半哑～较脆。节理裂隙较发育。岩芯多呈短柱状，少量长柱状及碎块状。本层顶板埋深约为28.9m，本次勘探未揭穿。

3.2 水文地质条件

1）地表水

根据调查，站区以西有一条流向由北向南的府河，隧道自府河东门大桥下穿过。府河属川西平原岷江水系，具丰富的地表径流，为本地区地下水的形成提供了丰富的补给来源。府河宽约42m，河床深约4.85m。勘察期，河水深度1.6m，流速缓慢，约为0.12m/s。府河河身为人工条石U型河堤，边坡稳定。东门大桥1947年最高洪水位标高497.56m。

根据府河河水PH值为7.28-7.30.河水对混凝土结构无腐蚀性；对钢筋混凝土结构中钢筋无腐蚀性；对钢结构具弱腐蚀性。

2）地下水

根据成都区域水文地质资料及地下水的赋存条件，地下水主要有两种类型：一是第四系松散土层的孔隙潜水，二是基岩裂隙水。

由于区间沿线范围内多处在建的高层楼房正在进行施工降水，引起该区间的地下水位大幅度下降，相对标高为14.0m，相应标高约为484.79m，该区间平水期正常的水位约3.0左右，标高495.80m。基岩裂隙水主要赋存在岩石强风化带中，强风化岩石裂隙发育，岩石透水性、富水性均较差。本车站区地下水主要受大气降水、地表河水及NW方向的侧向地下径流补给。土层孔隙水相互间的水力联系较为密切，相互补给。站区内地下水水位较高，且随季节及降雨量而变化，枯水期水位埋藏较深，雨季水位埋藏较浅，水位年变化幅度一般在1.5～2.0m之间。

4 围护结构详细设计型式

4.1 车站西端

西端因地下管线和盾构区间的影响，结合现场周边环境、交通疏导要求和围挡实际情况，上部采用“放坡喷锚支护”，下部采用“围护桩+钢管内支撑”。上部因天府时代广场基坑先开挖基坑南侧无任何支挡，采用“放坡喷锚支护”可以最大限度的起到卸载、减压作用，增加基坑安全性；下部因受交通条件影响和现场实际情况采用“围护桩+钢管内支撑”。详见图1所示。

图1 车站西端围护结构断面图

4.2 车站西端北侧及标准段

西端北侧及标准段因地下管线的影响和道路北侧交通疏导要求，上部采用“放坡喷锚支护”，同样，采用“放坡喷锚支护”可以最大限度的起到卸载、减压作用，增加基坑安全性；中部因道路北侧交通疏导要求无法满足放坡要求且基坑南侧因天府时代广场基坑先开挖基坑南侧无任何支挡采用“围护桩+预应力锚索”，下部采用较常见的“围护桩+钢管内支撑”。详见图2所示。

图2 车站西端北侧及标准段围护结构断面图

4.3 车站东端盾构井北侧

东端盾构井的北侧因有3号通道外挂部分，结合交通疏解要求，采用“围护桩+预应力锚索+钢管内支撑”的支护型式。详见图3所示。

图3 车站东端北侧围护结构断面图

4.4 车站东端

车站的东端被用为基坑开挖期间出土的通道，所以上部采用“全放坡”，下部采用“围护桩+钢管内支撑”。详见图4所示。

图4 车站东端围护结构断面图

5 喷锚支护施工

本站西端盾构井西端第一级边坡高3.3m，坡度为1：0.6，设置三排钢花管，长度分别为12m、12m、10m，水平和竖向间距均为1m；第二级边坡高5.7m，坡度为1：0.6，设置五道钢花管，长度均为9m，水平和竖向间距均为1m。车站北侧标准段第一级边坡高2.0m，坡度为1：1，设置两道钢花管，长度分别为7m和13m，水平和竖向间距均为1m；第二级边坡高4.0m，坡度为1：0.5，设置三道钢花管，长度分别为11m、9m、9m，水平间距1m，竖向间距1.2m。钢花管采用D48×3.5（Q235-B）热轧电焊钢管，钢筋网采用Φ8@200×200，以42.5号水泥浆液（水灰比0.45）全段注浆。施工时钢花管、钢筋网等需要提前加工，锚喷支护必须紧跟土方开挖。混凝土采用现场自拌，用TK1061型湿喷机喷射混凝土。

6 预应力锚索施工

本站西端盾构井北侧设置三排锚索，标准段北侧设置两排锚索，外挂段（包括东端盾构井段）设置四排锚索，具体参数见下表1～3。

6.1 机具配备

6.2 预应力锚索施工工序

6.3 预应力锚索构造

预应力锚索采用拉力集中型粘结式预应力锚索体系,锚索由锚固段、自由段和紧固头三部分构成,紧固头由腰梁、钢垫板和锚具组成。锚索长度包括锚固段、自由段、张拉段三部分(见图5：预应力锚索大样图)。本工程锚索采用高强度低松弛的直径为15.2mm的钢绞线制作，钢绞线设计强度为1320MPa。锚索实际制作时，下料长度要比锚索设计值长1.2～1.5m作为张拉段。

6.4 施工方法以及施工要点

6.4.1 钻孔

钻机正常工作需不小于8m的操作面，而工作平台的高度在锚孔以下0.5m～1m左右。为使锚孔在施工过程中及成孔后其轴线的俯角和方位角符合设计要求，必须保证钻机就位的准确性和稳固性，因此，钻机安放平台要平整、坚实、不变形、不振动等，施工时设置扶正器以保证钻孔方向。

例如，本站东端外挂段的第一排锚索标高为496.2，锚孔俯角为23°，孔径150mm。钻孔施工前，土方开挖至标高495.2处，紧接着进行围护桩护壁混凝土破除、进行了桩间网喷支护，再用激光全站仪测定锚孔

位置，并以红油漆标识出来。

图6 罗盘测量倾斜角

钻机操作员首先通过罗盘（见图6）测量的方法调整入射角度，然后测量组再通过全站仪，测量钻杆三维坐标，计算其实际角度进行复核。如果角度误差在1°以内方为合格，然后开始钻进（见图7）。有效孔深：20cm＜+△L≤50cm（△L=实际孔深-设计孔深）。

图7 锚孔钻进

6.4.2 锚索制作与安装

1）锚索的制作

本工程锚索采用高强度低松弛钢绞线制作，钢绞线设计强度为1320Kpa。锚盘采用适应φ15.2钢绞线的2-7孔锚具。承压板均采用300×300×20的Q235-B钢板，板中心于开φ80孔。

钢绞线应根据钻孔的实际长度加上1.5m进行下料，采取砂轮锯切断，同一孔的钢绞线必须等长，其两端用铁丝扎牢。清除钢绞线上的污物、锈斑。架线环按间距1m布置于内锚固段，在两个架线环之间，用紧箍环将钢绞线束拢，将钢绞线串进导向尖锥后将两者用铁丝绑成一体。钢绞线安装要求顺直、不扭不叉。本工程的预应力锚索属于临时工程，自由段需要涂抹防腐涂料并套PVC管。见图8：为已制作好的锚索束。

图8 制作完毕的锚索束

2）锚索的安放

由于钻孔过程中采取全程跟管，所以在清孔结束后，可以直接将制作好的锚索束塞入锚孔之中（见图9）。锚索入孔就位后,应检查锚索束是否扭曲、弯曲,并保证自由段波纹管不受损伤。

图9 外挂段第一排某锚孔下锚索

锚索安置完毕后才能逐节拔出套管（见图10）。

图10 拔套管

6.4.3 注浆

锚索安设完毕,对锚孔及钢绞线验收合格后进行注浆,注浆采用UHB-ZK压浆泵（见图11）,水泥浆水灰比为0.45,水泥用42.5号普通硅酸盐水泥，加适量的早强剂，要求浆液固结体28天强度不小于30MPa。

图11 水泥浆制备

锚索采用两次注浆，自由段钢绞线涂抹润滑脂（黄油）后穿套管，注浆管用一根φ20的软塑料管，并固定在5束钢绞线中间。另埋设一根φ20塑料管至孔口300～500mm处作为排气管，以保证注浆过程中空气排出，锚固体才能密实。锚索安装完毕后，采用强制式搅拌桶配制水泥浆，水泥标号为42.5,水灰比0.45，用稠度仪稠度控制在12＂～18＂之间.利用挤压式水泥浆泵进行锚固段注浆。

注浆采用二次注浆工艺，第一次注浆采用反向注浆，注浆管随锚索一并放入到孔底，由底向外注浆，直至孔口冒出浓浆；待第一次注浆初凝后，一般是在注浆后8-12小时，要进行第二次高压注浆，注浆压力大于2.0Mpa，理论注浆量以每米1包水泥控制。在注浆材料固化前不得移动锚索。

针对中粗砂地层容易出现充满砂石空隙,造成注浆外流,采用浆液中掺减水剂或速凝剂及间歇式反复注浆的办法,控制浆液向周边流动,直至注浆压力达到设计压力为止。

6.4.4 腰梁及承压板安装

为了使预应力锚索能形成整体发挥作用，按设计要求，用2道［36b热轧普通槽钢对锚头进行锁定，增加锚拉桩的整体稳定性，抵抗基坑壁的过量变形。

腰梁槽钢安装前，设支承架，以便在施加预应力锁定前承载槽钢重量。支承架高度应与锚索位置相适应，然后在支承架上安放槽钢。腰梁采用焊接连接构成整体。腰梁安装好后，安装承压板，承压板均采用Q-235B，300×300×30mm钢板，并保证钢板的上表面与锚索垂直（见图12）。

图12 钢腰梁、锚具安装

6.4.5 张拉锚定

张拉锚定是预应力锚固的关键工序,主要包括张拉设备配套标定、设备组装、张拉和锁定荷载等内容。张拉设备采用预应力穿心式液压千斤顶,锚具采用OVM锚具,以高压油泵提供动力。

锚索的张拉宜采用单根预紧、整体张拉、一次锁定原则进行。即当内锚固段注浆强度达到强度的70%后，

强度的测定工作由现场取样试块同条件养护，试压达到强度标准后方可进行锚索张拉。张拉前应检查锚具等设备，并应对张拉千斤顶油泵进行标定。

张拉预加力按设计值张拉锁定，张拉程序按以下要求分级张拉：初应力0→30%→60%→100%（预加力），持荷2～5min→锚固。

锚索的张拉宜采用单根预紧、整体张拉、一次锁定原则进行。即当内锚固段注浆强度达到强度的70%后，强度的测定工作由现场取样试块同条件养护，试压达到强度标准后方可进行锚索张拉。张拉前应检查锚具等设备，并应对张拉千斤顶油泵进行标定。

张拉预加力按设计值张拉锁定，张拉程序按以下要求分级张拉：初应力0→30%→60%→100%（预加力），持荷2～5min→锚固。

张拉时，要均匀加压，使压力稳定上升，并测定锚索实际伸长值（见图13），与理论伸长值对比，如有异常，立即停止张拉，分析原因。在稳压期间，若出现压力表返回，应进行补偿张拉。

图13 锚索张拉

对锚索张拉的质量采用控制张拉力和伸长量双项指标控制,锚索拉力用钢弦式锚索应力计（见图14）测

量,对每一级张拉进行钢绞线伸长量的记录,保证理论伸长量和实际伸长量之差≤40mm。

图14 振弦式锚索拉力计安装

张拉锁定经验收合格后,将张拉段多余束体切除。对于钢纹线的松弛、地层土的徐变、伸长量超标等因素造成的预应力损失和质量问题,应校正千斤顶并重新张拉或在张拉后进行补张拉然后锚定。

7 结语

地铁明挖车站采用“土钉喷锚+混凝土灌注桩+预应力锚索+钢管内支撑”支护形式非常少见，成都地铁2号线东门大桥车站深基坑的这种支护体系复杂多样，非常典型。不管是从设计方面来说，还是从施工方面来说，都给我们在复杂环境下选择支护形式和组织施工都具有很强的借鉴作用。

参考文献:

[1]程良奎，李象范编著.岩土锚固土钉喷射混凝土—原理、设计与应用.中国建筑工业出版社.2008.12